地下廠房巖錨梁橋機軌道變位特性及處理應用研究

李奇祥　肖志伯

摘要：巴基斯坦Neelum Jhelum水電站地下廠房因多種原因影響產生了較大的收斂變形，相應地引起巖錨梁及安裝后的軌道收斂變形過大而無法滿足橋機運行要求。根據現場施工現狀并對軌道變位特性進行對比研究，對軌道安裝調整制定了行之有效的處理方案，既保證了橋機臨時運行要求，也滿足了橋機永久運行的目的。

關鍵詞：地下廠房；巖錨梁；橋機軌道；變位特性；收斂變形 文獻標識碼：A

中圖分類號：TV554 文章編號：1009-2374（2015）13-0072-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.037

1 概述

Neelum-Jhelum水電工程位于巴基斯坦克什米爾（AJ&K）首府Muzaffarabad地區，通過引水隧洞利用Nauseri Neelum河與Zaminabad Jhelum河之間形成的420m的水頭落差發電。Neelum-Jhelum水電站主要建筑物由大壩及進水口、引水隧洞、沉沙池、調壓室、地下廠房和尾水隧洞等組成?？傃b機容量為96.3萬千瓦的混流式水輪發電機組，共4臺機組，單機容量24.3萬千瓦。

地下廠房位于Chattar Kalas小鎮處，距離Muzaffarabad市以南22km，廠房、主變洞平行布置，主廠房和主變洞之間設4條母線洞。廠房包括2個安裝間和4個機組段，總長約141.7m，其中安裝間長36.7m，4個機組段105m。最大開挖寬度25.6m，廠房橋機跨度23m，廠房凈跨度23.1m（巖錨梁以下），最大開挖高度46.9m；在611.0m高程處設巖錨梁，巖錨梁上安裝有橋機軌道，軌道型號QU120，全長137.7m。軌道頂部設計高程為614.8m，軌距23m，供2臺275T橋機使用，橋機最大起吊重量510T（發電機轉子重量）。

2 廠房特點及開挖施工方案簡述

為加快廠房施工進度，根據業主要求對廠房施工次序和結構進行了改變，將原橋機吊車梁結構改成巖錨梁結構，這樣在廠房開挖至608.5m高程后就可進行巖錨梁施工及橋機軌道安裝工作，地下廠房三大洞室（主廠房、主變洞、母線洞及尾水管洞）開挖采用并行開挖方式，為后續機組安裝和混凝土施工的提前創造了條件。

同時地下廠房開挖跨度大、深度大，與周邊相連的交叉洞口較多（上游邊墻與4條壓力鋼管洞相交、下游邊墻與4條母線洞及尾水管洞相交），開挖施工過程中容易產生較大的變形。廠房開挖共分七層開挖（巖錨梁布置在第Ⅱ層），由上至下逐層開挖，每層開挖平均高度為6m，前六層采取中部拉槽、兩側各預留約3.75m保護層的方式進行開挖，在廠房第Ⅱ層開挖完成（也就是608.5高程）后，于2011年12月底進行了巖錨梁混凝土澆筑施工和橋機軌道一期預埋板的埋設工作，并在廠房第Ⅲ層開挖完成（也就是600.5高程）后開始軌道安裝并于2012年7月完成橋機軌道的安裝工作。

隨著廠房開挖深度的加大，周邊交叉洞口位置的暴露和相鄰洞室的開挖深度加大，廠房兩邊墻及交叉洞口變形逐漸增大，從而引起廠房產生較大的收斂變形，進而造成巖錨梁的變形及軌道的移位。在橋機軌道安裝完成后且廠房機組段已開挖至592高程的2012年9月對軌道進行了首次復測發現軌道已隨之產生了偏移（具體各段偏移數據見表1和表2）。橋機也于2012年10月份安裝完成，并于2012年12月初對軌道進行了第二次復測（具體偏移數據見表1和表2），按上述軌道偏移值已無法滿足橋機正常運行要求（橋機軌道間距偏差為±10mm），須對軌道進行調整。

3 廠房巖錨梁橋機軌道變位的偏移數據情況及特性

廠房開挖施工期間分別在2012年9月、12月對橋機軌道進行了復測并做了對比，具體偏移數據見表1和表2。

表1 上游側橋機軌道跨距和高程偏移量及變化趨勢表

（單位：mm）

部位 2012年9月2日 2012年12月8日 9月2日至12月8日變化量

高程偏差 跨距（至中心線）偏差 高程偏差 跨距（至中心線）偏差 高程 跨距

（至中心線）

MAX. MIN. MAX. MIN. MAX. MIN. MAX. MIN.

安1 +1 0 +4 +2 — — — — — —

安2 +1 -1 +4 -2 -4 -2 +5 -3 -5 -1

機4 +4 +2 -6 0 -5 -1 -6 0 -9 0

機3 +4 0 -3 0 -9 -5 +6 -6 -13 +9

機2 +3 -1 -7 +2 -10 -6 -8 0 -13 -2

機1 +2 -2 -6 +2 -9 -6 -9 +1 -11 -3

表2 下游側橋機軌道跨距和高程偏移量及變化趨勢表

（單位：mm）

部位 2012年9月2日 2012年12月8日 9月2日至12月8日變化量

高程偏差 跨距（至中心線）偏差 高程偏差 跨距（至中心線）偏差 高程 跨距

（至中心線）

MAX. MIN. MAX. MIN. MAX. MIN. MAX. MIN.

安1 +2 0 -8 -3 — — — — — —

安2 +5 0 -13 -3 -6 +2 -36 -9 -11 -23

機4 -7 +3 -19 -10 -21 -6 -32 -19 -14 -13

機3 -8 -4 -9 -1 -24 -20 -20 -8 -16 -11

機2 -11 -7 -8 -1 -30 -23 -18 -12 -19 -11

機1 -9 -4 -7 +2 -25 -17 -13 -6 -13 -8endprint

說明：1.安1指1號安裝間段，機1指1號機組段，其他類同。

2.表中數據為實測值與理論設計值之間的偏差，包括軌道安裝偏差。

3. 在2012年12月8日1號安裝間因兩臺橋機停在該處無法進行測量，故12月8日無該處數據。

4.“-”表示跨距向中心偏移或指比設計高程值低，“+”表示跨距偏離中心或指比設計高程值高。

從上述偏移值并結合在此期間的廠房開挖形象面貌（見表3）綜合分析，橋機軌道偏移有以下四個特點：（1）上下游側軌道總體向廠房中心偏移；（2）下游偏移量較大，上游偏移量較小，上游側偏移最大達9mm，下游側最大達36mm；（3）安裝間偏移量較小，但安裝間2靠近尾水閥帽門室部位偏移較大，達36mm；（4）機組段偏移較大且下游已開挖的母線洞和尾水管洞洞口處偏移量更大些：上游平均偏移量約5mm（向下游側偏移），下游側平均偏移（向上游側）25mm，偏移范圍-13～-36mm，其中2號安裝間和4號機之間的尾水閥帽門洞室處偏移最大，達36mm。

表3 2012年9月2日至12月8日廠房開挖形象面貌表

部位 2012年9月2日 2012年12月8日

主廠房 主變室 母線洞 主廠房 主變室 母線洞

安1 開挖至高程600.5m。 進行第二層開挖（高程611.3

～607.0m）。 1#～4#母線洞開挖完成。 開挖至高600.5m。 進行第三層開挖（高程607.0

～604.0m）。 1#～4#母線洞墊層砼（高程592.6m）澆筑完成。

安2 上游側開挖至高程592.6m，下游側開挖至高程596.4m。 考慮到廠房收斂變形將安裝2段和4臺機組段用開挖料回填至高程598.4m并對上下游面墻進行錨索支護加固。

機4 開挖至高程592m且尾水管洞開挖開始。

機3 開挖至高程592m且尾水管洞開挖開始。

機2 開挖至高程592m且尾水管洞開挖完成。

機1 開挖至高程592m。

對比2012年9月的測量結果，2012年9月至2012年12月期間，安裝間2和1～4號機上游軌道偏移趨勢不明顯，偏移量約3mm，下游軌道呈現向上游側偏移趨勢，偏移量約14mm。

隨著廠房及周邊洞室開挖深度的加大，廠房上下游軌道偏移逐漸向廠房中心收斂偏移、增大；根據土建單位提供的廠房變形監測觀測數據來分析，隨著開挖工作的完成廠房收斂變形逐步趨于穩定，橋機軌道的變形量也逐步變小。

4 橋機軌道總體調整方案的確定

由于廠房橋機和軌道均已安裝完成，因此軌道的調整處理方案應以設計跨距23m為基本原則進行?？紤]到廠房整個收斂變形還沒最后穩定，且2013年11月份水輪機埋件如尾水管、蝸殼等安裝工作也要陸續開展，為不影響橋機的正常使用，確定于2013年7月份前先對橋機軌道進行臨時調整用于輕載構件（如蝸殼、尾水管）起吊作業，待廠房收斂變形穩定和大件吊裝如轉子、定子施工前再分段進行橋機軌道的永久調整。

5 橋機軌道的臨時調整處理方案及實施

根據廠房整個收斂變形數據（至2013年2月已達272mm）、變形收斂量逐漸減小的趨勢和軌道臨時調整前的軌道復測數據，并考慮到軌道臨時調整后橋機只限于輕載負荷使用的前提條件，擬在廠房第四層開挖完成（也就是585.9高程）后對軌道進行臨時調整，調整方法為僅對軌道中心距進行調整不對軌道頂面高程進行調整，并將調整后的軌道中心偏差控制在±10mm以內。臨時調整處理流程如下：（1）松開原軌道壓板的螺栓，用角磨機將露出墊板以上的螺栓用氧割切除（僅對偏移值超出10mm的位置進行處理）；（2）將軌道墊板上的螺栓孔進行封焊并打磨處理，保證墊板表面平整光滑；（3）利用千斤頂等工具調整軌道中心距，待軌道中心調整符合要求后，用原軌道壓板進行臨時固定。也即壓板直接與軌道墊板進行焊接固定。軌道臨時調整工作于2013年6月實施并于7月份完成，橋機自2013年8月投入使用以來一直運行良好，軌道無明顯卡阻或啃軌現象。在隨后的定期軌道偏移復測過程中，對局部變形超出偏差的部位按上述臨時調整方案再次進行局部的調整處理，保障了橋機的運行可靠和安全。

6 橋機軌道的永久調整方案及確定

在廠房變形趨于穩定和大件吊裝如轉子、定子施工前需對軌道進行最終的永久調整工作。

6.1 軌道永久調整方案的選擇

6.1.1 方案一：（1）對軌道高程、中心距等數據再次復測，作為軌道調整的依據；（2）如圖1所示，先將壓板上螺母及壓板拆除，再將軌道拆除移在一邊；（3）用風鎬或手動工具將二期混凝土鑿除，拆除軌道二期埋板，露出一期埋板割除螺桿，并將一期埋板面打磨處理干凈；（4）按復測數據確定螺桿長度和數量并采購新螺桿和附件，按起重機安裝規范重新進行軌道安裝調整至規范的偏差值內；（5）測量驗收并交付土建進行二期混凝土澆筑。

圖1

采用方案一需要增加的鋼板、螺桿和土建工程量等見表4。具體軌道調整施工時將分段進行，以減少對設備安裝工作的干擾。

表4 方案一需用材料表

序號 名稱 規格 數量/重量 備注

1 新增螺桿 M24×220～260 700套

2 二期埋板 20×160×420 350塊 約3800kg

3 混凝土鑿除 22m3

4 混凝土澆筑 C20 23m3

6.1.2 方案二：（1）對軌道高程、中心距等數據再次復測，作為軌道調整的依據；（2）在巖錨梁上布置相關安全防護措施后，松開螺母拆除壓板移開軌道；（3）割除螺桿，并對軌道墊板上的螺栓孔進行封焊打磨處理，保證墊板表面平整光滑；（4）測量放點在基礎埋板上加墊鋼板（如圖2所示），將軌道頂部高程調整至614.8m；（5）采用可焊式GANTREX軌道壓板調整軌道跨距至23.00m+0.00～+0.005mm；（6）軌道底部與混凝土表面間的間隙采用SIKA填充料進行填充。endprint

圖2

方案二耗用鋼板和軌道壓板等材料表見表5。具體軌道調整施工時將分段進行，以減少對設備安裝工作的干擾。

表5 方案二耗用鋼板和軌道壓板等材料表

序號 名稱 規格 數量/重量 備注

1 可焊式GANTREX軌道壓板 22/175 700套

2 墊板 2～20×400×180 4500Kg 板厚2、6、10、12、16、20等

3 SIKA填充劑 Sikadur-42 MP Slow 若干 用于4mm以下的填縫

4 SIKA填充劑 SikaGrout-275 若干 用于4mm以上的填縫

6.1.3 方案一和方案二的對比分析。方案一和方案二的對比分析如表6所示：

表6 軌道永久調整處理方案對比分析表

對比項目 方案一 方案二

相同點 需要拆除軌道并割除原螺桿 需要拆除軌道并割除原螺桿

優點 1.材料較節省，僅需增加螺桿和二期埋板。

2.嚴格按原設計圖施工。 1.無需鑿除二期混凝土重新澆二期混凝土，不存在與土建的交叉工作，施工較方便。

2.由于采用可焊式專用軌道壓板GANTREX，在巖錨梁變形穩定或軌道運行多年后，可較方便地進行軌道的再次調整（可調整量為8至20mm）。

缺點 1.需鑿除二期混凝土及重新澆二期砼。

2.巖錨梁變形穩定后或軌道運行多年后，再次對軌道進行調整的難度較大。

3.施工周期相對長些，存在與土建的交叉作業。 1.需變更原軌道壓板型式。

2.軌道底面和混凝土表面間的空隙較小，填充難度大，需采用專業的SIKA填料劑。

6.2 軌道永久調整方案的最終確定

考慮到對軌道調整的處理應盡量減少與土建的交叉工作，同時考慮到廠房后續收斂變形可能造成的軌道二次變形，以及便于后期運行期間軌道調整的便利，綜合上述兩種方案的優缺點最終確定采用方案二進行軌道的永久調整。在廠房收斂變形趨于穩定后于2014年8月份開始橋機軌道的永久調整施工，具體調整程序和方法見上述方案二?？紤]到不影響廠房土建施工和機電設備安裝工作，軌道調整按機組段和安裝段分成五個調整段進行調整，并合理錯開設備吊裝和土建施工部位，于2015年1月份完成全部的軌道永久調整工作，為下一步的橋機負荷試驗和大件吊裝創造了有利條件。

7 結語

巴基斯坦Neelum Jhelum水電站地下廠房巖錨梁由于諸多原因造成施工期間發生了較大的收斂變形，引起軌道安裝后的偏移。為了盡量減少廠房收斂變形，土建方在后續施工過程中采取對廠房及周邊洞室等部位開挖施工時加強了爆破控制并及時支護，也對部分孔洞進行了修改設計或取消。結合Neelum Jhelum水電站地下廠房巖錨梁橋機軌道變位特性及處理方案，筆者對地下廠房巖錨梁橋機軌道安裝及其變形處理總結如下：（1）對于采用巖錨梁結構的地下廠房，橋機軌道設計時壓板結構可采用GANTREX可焊式專用壓板，便于在后期軌道變位和運行時進行軌道的二次調整；（2）軌道安裝工作應根據廠房變形特點選定最佳安裝時機，并根據廠房變形特點預先在軌道安裝時留一定的變形余量。在軌道安裝完成后應定期對軌道進行監測，當發現軌道偏移變形情況超出設計偏差值后需對軌道進行調整。具體的軌道調整方法可根據廠房施工進度計劃要求和廠房變形收斂特點及趨勢，同時應考慮到與土建的交叉施工和后續橋機運行后可能存在的二次軌道調整問題，最終確定最優化的軌道調整方案和調整時機，以保證施工工期和質量。

作者簡介：李奇祥（1974-），男，湖北天門人，中國機械設備工程股份有限公司高級工程師，研究方向：水利水電工程金屬結構及機電設備項目管理。

（責任編輯：秦遜玉）endprint